复合管压电超声换能器的负载特性

对复合管压电超声换能器在液体中的声辐射负载特性进行了研究.推导出换能器在液体介质中的径向声辐射阻抗.在等效电路的基础上,得到有载复合管压电超声换能器的频率方程,探讨了有载复合管换能器的输入阻抗随液面半径变化的关系.数值计算表明,随着液面半径的增大,换能器径向辐射阻抗的模在0～∞周期性变化.换能器在液体负载下会产生谐波共振,谐波数目随液面半径增大而增加.此外,换能器的共振频率随液面半径按半波长整数倍呈现周期性变化,反映驻波声场的特点.通过实验测量了复合管换能器在水负载介质中的共振频率及谐波共振频率,理论和实验测量结果吻合较好.     

一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小.     

夹心式功率超声压电换能器负载特性研究

在等效电路理论的基础上，对大功率夹心式压电超声换能器的负载特性进行了研究，重点讨论了两种常用的负载，即超声清洗等液体处理技术中的液体负载以及用于超声加工和超声钻孔等技术中的固体负载，探讨了负载对换能器共振频率的影响。结果表明，对于液体介质，当液面的高度在一定范围内增大时，换能器的共振频率会降低，当液体负载横截面积增大时，液面高度对换能器共振频率的影响增大，对于固体负载，当超声加工工具的长度减小时，换能器振动系统的共振频率升高，当超声加工工具的横截面积较小时，工具长度对换能器系统频率的影响很小。     

薄壁预应力管复合压电换能器径向振动分析

对带有薄壁预应力管外壳的径向复合压电换能器径向振动进行了研究.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了复合管压电超声换能器的径向振动机电类比等效电路,并得出其共振频率方程、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.探讨了换能器共振频率与其外部预应力管内外半径比之间的关系.实验结果表明:利用本文理论算得的复合换能器径向共振频率与实验测量结果相吻合,误差在5%以内.     

径向复合功率合成超声振动系统

对径向复合功率合成超声振动系统进行了研究.该系统由纵向超声换能器与变厚度剖面圆盘径向耦合而成.基于机电类比原理,推导出系统的楔形剖面圆盘径向振动等效电路及其共振频率方程,并得出其位移振幅放大系数的表达式,给出其第1、第2阶径向共振模式下振幅放大系数与其半径比的关系;探讨了圆盘振子第1、第2阶径向共振频率随其半径比的变化关系.理论及有限元结果表明：圆盘的位移振幅放大系数存在一个极大值,其第2阶共振模式比基频具有更大的振幅放大系数.对合成系统的共振频率进行测试,结果表明,理论与实验结果吻合较好.     

径向扭转复合型超声换能器等效电路研究

对径向扭转复合型超声换能器进行了研究.从波动方程出发,不考虑径向扭转振动耦合,推导了换能器中径向振动及扭转振动模式的各自机电等效电路.在此基础上,得出了换能器空载时共振频率方程及其共振频率的表达式,并用有限元方法对此换能器进行了计算机仿真实验.结果表明:等效电路计算的换能器径向及扭转共振频率的理论计算值与计算机仿真值一致.     

切向极化薄壁压电陶瓷圆管电声换能器理论

本文在简化假设下,导出切向极化压电陶瓷薄壁国管换能器无负载电导纳方程,它可用以计算k_(31),k_(33),d_(31)和d_(33)等机电参量,进而建立薄壁管在水介质中振动方程,给出直至超过径向共振频率的宽频域内发射声功率和接收灵敏度关系式。顺便就辐射阻抗对发射声功率与接收灵敏度的影响作了讨论。本文所建议的方法,在计算切向极化(还有径向极化)陶瓷圆管换能器的发射与接收特性上,具有明显的优点。     

液体空间内的非线性驻波

从流体力学基本方程出发,推导了介质中的波动方程,并结合液体介质在声传播过程中的边界条件特征,考虑非线性驻波的物理特性,利用微扰法导出了非线性驻波的基波和二次谐波的稳定表达式．利用水听器测量超声清洗槽内声压,探讨水听器接收电压随超声波发生器输出电压间的关系,证明了槽内声波非线性效应的存在,又根据水听器接收信号的频谱分析,证明了基波和二次谐波以及高次谐波共存于有界空间的液体中．理论和实验结果共同证明非线性驻波的存在．由于微扰法理论本身适用性的限制,我们得到的基波和二次谐波结果只适用于弱非线性驻波．     

水听器法测量功率超声振动珩磨空化声场分布

为了直接、简便地研究功率超声振动珩磨作用下的空化效应,对其声场建立数学模型,采用水听器对功率超声振动空化声场参数进行了定点测量,对数学模型所得到的仿真结果进行验证。为了研究流体介质中超声空化声场的分布情况,采用水听器法对不同功率与不同种类液体介质中的辐射超声场进行了多点声压测量。通过对比试验数据分析发现,声波沿换能器截面方向成对称分布,沿换能器轴向方向随距离的增加而衰减;不同种类的液体介质也会影响声压的分布以及空化效应的强弱。该方法可以直观的评价超声振动珩磨作用下的空化声场的强度和分布情况,对后续研究超声珩磨的空化泡动力学行为以及对超声振动珩磨装置的优化设计具有一定的实际应用价值。     

大功率径向振动压电超声换能器

对一种大功率径向复合圆管压电超声换能器的径向振动特性进行了研究.依据机电类比原理,推出了换能器的径向振动等效电路及共振频率方程;探讨了换能器的第1、第2阶共振频率和有效机电耦合系数与压电陶瓷元件位置的关系;实验测量了换能器的径向共振频率.结果表明,换能器径向共振频率的理论值与实测值符合较好.     

非线性激励作用下载液容器内液体晃动的数值模拟

通过对周期性边界激励下的圆柱形容器内液体晃动的数值模拟,分析了载液容器壁面受力与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系,以及液体晃动幅值、频率与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系.分析结果表明:载液容器内的液体在经历了一段调整期后,晃动幅值趋于稳定,晃动频率接近激励频率;当外界的激励频率接近液体固有频率时,液体晃动幅值增大,对容器壁面产生的冲击力增大;液体的晃动频率与摆动半径无关,晃动幅值随摆动半径的增大而减小.该结果对于非线性激励作用下载液容器内液体晃动的研究、保证载液容器的运行的安全,具有重要的参考价值.     

静磁表面波换能器的CAD

在Ganguly-Webb静磁表面波微带激励理论的基础上,通过研究微带换能器辐射阻抗与静磁波工作频率的相互关系,将静磁表面波换能器辐射阻抗一频率曲线半高宽定义为激励带宽特征量,对静磁表面波换能器进行了优化设计,并对设计结果进行了分析.     

用于超声手术刀的夹心式换能器设计与有限元分析

传统的换能器设计方法成本高、效率低。利用理论计算并结合有限元方法设计了55 000 Hz的超声手术刀用压电换能器,以提高设计效率并验证方法的可行性。超声换能器设计为夹心式结构,使用PZT-8型压电陶瓷进行设计与仿真。首先理论设计出换能器各部件的初始尺寸并进行三维建模,将模型导入Workbench软件进行模态分析与谐响应分析,提取换能器工作时的谐振频率与输出振幅,并确定换能器最终尺寸。根据最终尺寸加工并装配得到实体换能器。最后利用阻抗分析仪对实体的谐振频率进行测量。结果表明,简化后的仿真模型谐振频率与实测值近似相等,为54 980 Hz。证明了设计思路的合理性与可行性,并对换能器的工作方式与优化设计提供了参考帮助。     

外接电感对轻负载阶梯型换能器频率的影响规律

现功率超声技术已被大范围应用,在实际加工中,其振动实现器件换能器的工况取决于外接负载阻抗的大小变化以及加工过程中换能器的温度变化;随着负载变化,换能器的谐振频率也将发生改变,导致与发生器输出频率不匹配,从而对换能器的输出振幅及加工效率产生负面影响。为得到规律,分别使用换能器的理论设计、仿真以及试验方法研究了轻负载下外接电感对换能器谐振频率的影响。结果表明：随着换能器变幅杆伸入水中长度的增加,换能器的谐振频率呈上升态势;通过外接调谐电感,换能器谐振频率会得到一定量的补偿,使其重新回到预先设定的频率值;随着外接电感值的增大,换能器的谐振频率会下降。可见使用电感负载可以有效解决换能器外接负载导致的频率漂移问题。     

基于超声阻抗和回波声压的外感式液位测量方法

基于容器中液位上下方气液介质的超声阻抗的不同,会引起入射超声波束在容器内壁处的反射和透射特性产生差异,可以利用这个差异,从容器的外部来检测液位。首先分析圆形活塞式探头在金属容器壁内的声场分布特征,在此基础上建立了回波声压的计算模型,最后通过选取一系列不同壁厚的容器和不同直径的探头进行了实验验证,检测结果能够很好地符合理论分析,测量精度能满足检测要求。     

超声功率谱高低频延伸实验研究

测试了超声换能器在外加谐频条件下的声波辐射；发现较高频与较低频延伸之间的频率是相互关联的；经过综合归纳，得到超声频率方程，并用其它类型超声换能器作检验，证明该方程是正确的．     

换能器潜在效率与尺寸及工艺关系

1 换能器潜在效率与结构尺寸及工艺的理论关系在机械谐振频率附近,换能器的等效电路见图1。图中R_o及C_o是换能器的介电损耗电阻     

SiO2分子线性结构的解析势能函数

应用群论及原子分子反应静力学方法推导SiO2分子的电子态及其离解极限,在B3P86/cc-PVTZ水平上,对SiO2分子基态进行优化计算,得出基态SiO2分子的单重态能量最低,其稳定构型为D∞h构型,平衡核间距Re=0.151 3 nm、能量为-440.559 5 a.u..同时计算出基态的简正振动频率:对称伸缩振动频率v(Π)=1 005.63 cm-1,弯曲振动频率v(Σg)=297.86 cm-1和反对称伸缩振动频率v(Σu)=1 458.09 cm-1.在此基础上,使用多体项展式理论方法,导出了基态SiO2分子的全空间解析势能函数,该势能函数准确再现了SiO2(D∞h)的平衡结构.     

压电换能器功率输出自动调节特征研究

为了研究换能器的工作安全性能、提高换能器的系统效率,根据压电换能器的工作原理,利用等效电路方法,分析了压电换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性,得出了在并联谐振频率附近的功率输出自动调节规律,应用该规律探讨了功率输出自动调节的频率范围,并对超声清洗换能器在不同负载时的功率输出进行了实验。结果表明:换能器在并联谐振频率附近工作时具有较好的功率输出自动调节功能,对提高换能器的系统效率有一定指导意义。